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JP6863093B2 - Light receiving element and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は受光素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a light receiving element and a method for manufacturing the same.

メサ構造を有し、光を受光して電気信号を発生させる受光素子が知られている(例えば特許文献1)。 A light receiving element having a mesa structure and receiving light to generate an electric signal is known (for example, Patent Document 1).

特開2001−144278号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-144278

例えば受光素子を赤外線センサなどとする場合、高画素化のためにメサ間のピッチを小さくすることが好ましい。また、暗電流を低減するために、電極を光吸収層の近くに設けることが好ましい。しかし、メサ間のピッチを小さくすると電極の形成が難しくなる。 For example, when the light receiving element is an infrared sensor or the like, it is preferable to reduce the pitch between mesas in order to increase the number of pixels. Further, in order to reduce the dark current, it is preferable to provide the electrode near the light absorption layer. However, if the pitch between mesas is reduced, it becomes difficult to form electrodes.

そこで、メサ間のピッチを小さくし、かつ電極を形成することが可能な受光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a light receiving element capable of forming an electrode while reducing the pitch between mesas and a method for manufacturing the same.

本発明に係る受光素子の製造方法は、化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含む半導体層を成長する工程と、第1開口部、および前記第1開口部から離間し前記第1開口部よりも幅の大きい第2開口部を有する第1マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち、前記第2開口部内において前記第1開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第1マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記第1開口部に重なる第3開口部と、前記第2開口部に重なりかつ前記第2開口部よりも幅の大きい第4開口部と、を有する第2マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち前記第3開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第4開口部内に第1層からなるn型コンタクト領域が形成されるように、前記第2マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記メサの上に前記第3層と電気的に接続される第1電極を形成し、前記n型コンタクト領域の上に前記第1層と電気的に接続される第2電極を形成する工程と、を有し、前記メサは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、前記半導体層のうち、前記第1マスクに覆われ、かつ前記第2マスクの前記第4開口部から露出する領域が、前記第2マスクを用いたエッチングの後、前記n型コンタクト領域になるものである。 The method for manufacturing a light receiving element according to the present invention includes a first conductive type first layer, a light absorption layer, and a second conductive type second layer, which are sequentially laminated on a semiconductor substrate formed of a compound semiconductor. And the step of growing the semiconductor layer including the second conductive type third layer, the first opening, and the second opening separated from the first opening and wider than the first opening. The first mask is formed so that the step of forming the first mask to be held on the semiconductor layer and the etching of the semiconductor layer proceed more than the portion in the first opening in the second opening. It has a step of etching the semiconductor layer using the semiconductor layer, a third opening overlapping the first opening, and a fourth opening overlapping the second opening and wider than the second opening. A step of forming the second mask on the semiconductor layer, and an n-type structure in which a mesa is formed in a region of the semiconductor layer sandwiched between the third openings and the first layer is formed in the fourth opening. A step of etching the semiconductor layer using the second mask so that a contact region is formed, and a first electrode electrically connected to the third layer is formed on the mesa, and the n It has a step of forming a second electrode electrically connected to the first layer on the mold contact region, and the mesa is the first layer, the light absorbing layer, the second layer and the first layer. The n-type region of the semiconductor layer including the three layers, which is covered with the first mask and is exposed from the fourth opening of the second mask after etching with the second mask. It is a contact area.

本発明に係る受光素子は、化合物半導体で形成された半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、n型コンタクト領域および溝が形成された半導体層と、前記メサの上に設けられ、前記第3層と電気的に接続された第1電極と、前記テラスの上から前記溝の内側にかけて設けられ、前記n型コンタクト領域において前記第1層と接触し、かつ電気的に接続された第2電極と、を具備し、前記メサおよび前記テラスは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、前記n型コンタクト領域は前記第1層で形成されているものである。 The light receiving element according to the present invention includes a semiconductor substrate formed of a compound semiconductor, a first conductive type first layer, a light absorption layer, and a second conductive type second layer which are sequentially laminated on the semiconductor substrate. , And a semiconductor layer including the second conductive type third layer and having a mesa, a terrace, an n-type contact region and a groove formed from the central side to the outer peripheral side of the semiconductor substrate, and provided on the mesa. The first electrode, which is electrically connected to the third layer, is provided from the top of the terrace to the inside of the groove, and is in contact with and electrically connected to the first layer in the n-type contact region. The mesa and the terrace include the first layer, the light absorbing layer, the second layer and the third layer, and the n-type contact region is the first layer. It is formed.

上記発明によれば、メサ間のピッチを小さくし、かつ電極を形成することが可能である。 According to the above invention, it is possible to reduce the pitch between mesas and form electrodes.

図1(a)は第1実施形態に係る受光素子を例示する平面図である。図1(b)は図1(a)の線A−Aに沿った断面図である。FIG. 1A is a plan view illustrating the light receiving element according to the first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1A. 図2(a)および図2(b)は受光素子の製造方法を例示する断面図である。2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a light receiving element. 図3(a)は受光素子の製造方法を例示する平面図であり、図3(b)は図3(a)の線A−Aに沿った断面図である。FIG. 3A is a plan view illustrating a method for manufacturing a light receiving element, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A. 図4(a)から図4(c)は受光素子の製造方法を例示する断面図である。4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a light receiving element. 図5(a)は受光素子の製造方法を例示する平面図であり、図5(b)は図5(a)の線A−Aに沿った断面図である。FIG. 5A is a plan view illustrating a method for manufacturing a light receiving element, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5A. 図6(a)から図6(c)は受光素子の製造方法を例示する断面図である。6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a light receiving element. 図7(a)は比較例1に係る受光素子を例示する断面図である。図7(b)は比較例2に係る受光素子を例示する断面図である。図7(c)は比較例3に係る受光素子を例示する断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating the light receiving element according to Comparative Example 1. FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the light receiving element according to Comparative Example 2. FIG. 7C is a cross-sectional view illustrating the light receiving element according to Comparative Example 3.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.

本願発明の一形態は、(1)化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含む半導体層を成長する工程と、第1開口部、および前記第1開口部から離間し前記第1開口部よりも幅の大きい第2開口部を有する第1マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち、前記第2開口部内において前記第1開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第1マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記第1開口部に重なる第3開口部と、前記第2開口部に重なりかつ前記第2開口部よりも幅の大きい第4開口部と、を有する第2マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち前記第3開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第4開口部内に第1層からなるn型コンタクト領域が形成されるように、前記第2マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記メサの上に前記第3層と電気的に接続される第1電極を形成し、前記n型コンタクト領域の上に前記第1層と電気的に接続される第2電極を形成する工程と、を有し、前記メサは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、前記半導体層のうち、前記第1マスクに覆われ、かつ前記第2マスクの前記第4開口部から露出する領域が、前記第2マスクを用いたエッチングの後、前記n型コンタクト領域になる受光素子の製造方法である。これにより、n型コンタクト領域を通じて第2電極と第1層とを電気的に接続することができる。また、メサ間に第2電極を設けなくてよいため、メサの間のピッチを小さくすることができる。
(2)前記第2マスクを形成する工程において、前記第1マスクの前記第2開口部に隣接する部分を除去することにより、前記第1マスクから前記第2マスクを形成してもよい。これにより工程が簡略化される。
(3)前記第1マスクを形成する工程は、第1フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第1マスクに前記第1開口部および前記第2開口部を形成する工程を含み、前記第2マスクを形成する工程は、第2フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第1マスクの前記第2開口部に隣接する部分を除去することで前記第4開口部を形成する工程を含んでもよい。これにより工程が簡略化される。また、第1レジストマスクおよび第2レジストマスクの面積が小さくなり、変質層の発生が抑制される。変質層によるエッチングの阻害が発生しにくく、第1レジストマスクおよび第2レジストマスクの除去も効果的に行われる。
(4)前記第2マスクを用いてエッチングする工程において、前記半導体層の前記第1開口部および前記第3開口部に重なる領域は前記第1層までエッチングされ、前記半導体層の前記第3開口部と前記第4開口部とに挟まれた領域に、前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含むテラスが形成され、前記第2開口部および前記第4開口部に重なる位置に前記半導体基板に到達する溝が形成されてもよい。二回のエッチングにより、メサおよびn型コンタクト領域を形成することができ、工程が簡略化される。
(5)前記n型コンタクト領域は、前記テラスと前記溝との間に位置してもよい。第2電極と光吸収層との距離を小さくすることができ、第1層の格子欠陥および不純物などに起因する暗電流を低減することができる。
(6)前記第1マスクは格子状の前記第1開口部を有し、前記第2マスクは、前記第1開口部と重なる格子状の前記第2開口部を有し、前記第2マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程において、前記半導体層のうち前記第3開口部に囲まれた領域に複数のメサが形成されてもよい。
(7)前記第2開口部の幅は前記第1開口部の幅の10倍以上であり、前記第4開口部の幅は前記第3開口部の幅の10倍以上でもよい。これによりマイクロローディング効果を伴うエッチングが行われる。
(8)前記第1層はn型超格子層であり、前記第2層はp型超格子層でもよい。第1層に接続される第2電極はn型の導電型を有し、第1層に接続される第1電極はp型の導電型を有する。
(9)前記メサおよび前記テラスそれぞれの上面および側面を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記メサの上に位置する第5開口部と、前記n型コンタクト領域および前記溝の上に位置する第6開口部とを形成する工程と、を有し、前記第1電極は、前記第5開口部から露出する前記第3層と接触し、前記第2電極は、前記第6開口部から露出する前記第1層と接触してもよい。絶縁膜により、第2電極と光吸収層および第2層とは絶縁される。また絶縁膜により化合物半導体層を保護することができる。
(10)化合物半導体で形成された半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、n型コンタクト領域および溝が形成された半導体層と、前記メサの上に設けられ、前記第3層と電気的に接続された第1電極と、前記テラスの上から前記溝の内側にかけて設けられ、前記n型コンタクト領域において前記第1層と接触し、かつ電気的に接続された第2電極と、を具備し、前記メサおよび前記テラスは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、前記n型コンタクト領域は前記第1層で形成されている受光素子である。これにより、n型コンタクト領域において第2電極と第1層とを電気的に接続することができる。また、メサ間に第2電極を設けなくてよいため、メサの間のピッチを小さくすることができる。
One embodiment of the present invention includes (1) a first conductive type first layer, a light absorption layer, a second conductive type second layer, and a second conductive type layer, which are sequentially laminated on a semiconductor substrate formed of a compound semiconductor. It has a step of growing a semiconductor layer including the second conductive type third layer, a first opening, and a second opening separated from the first opening and wider than the first opening. The first mask is used in the step of forming the first mask on the semiconductor layer and in the semiconductor layer so that etching proceeds more in the second opening than in the first opening. A third opening having a step of etching the semiconductor layer, a third opening overlapping the first opening, and a fourth opening overlapping the second opening and having a width larger than that of the second opening. An n-type contact composed of a first layer in the step of forming the two masks on the semiconductor layer and a mesa formed in a region of the semiconductor layer sandwiched between the third openings. The step of etching the semiconductor layer using the second mask and the first electrode electrically connected to the third layer are formed on the mesa so that a region is formed, and the n-type is formed. It comprises a step of forming a second electrode electrically connected to the first layer on the contact region, and the mesa is the first layer, the light absorbing layer, the second layer and the third layer. The region of the semiconductor layer including the layer, which is covered with the first mask and is exposed from the fourth opening of the second mask, is the n-type contact after etching with the second mask. This is a method for manufacturing a light receiving element that becomes a region. As a result, the second electrode and the first layer can be electrically connected through the n-type contact region. Further, since the second electrode does not have to be provided between the mesas, the pitch between the mesas can be reduced.
(2) In the step of forming the second mask, the second mask may be formed from the first mask by removing the portion of the first mask adjacent to the second opening. This simplifies the process.
(3) The step of forming the first mask includes the step of forming the first opening and the second opening in the first mask by etching using the first photoresist, and the second mask. The step of forming the fourth opening may include a step of forming the fourth opening by removing a portion of the first mask adjacent to the second opening by etching with a second photoresist. This simplifies the process. Further, the areas of the first resist mask and the second resist mask are reduced, and the generation of the altered layer is suppressed. Etching is less likely to be hindered by the altered layer, and the first resist mask and the second resist mask are effectively removed.
(4) In the step of etching using the second mask, the region overlapping the first opening and the third opening of the semiconductor layer is etched up to the first layer, and the third opening of the semiconductor layer is etched. A terrace including the first layer, the light absorption layer, the second layer and the third layer is formed in a region sandwiched between the portion and the fourth opening, and the second opening and the fourth opening are formed. A groove reaching the semiconductor substrate may be formed at a position overlapping the opening. By etching twice, a mesa and an n-type contact region can be formed, which simplifies the process.
(5) The n-type contact region may be located between the terrace and the groove. The distance between the second electrode and the light absorption layer can be reduced, and the dark current caused by lattice defects and impurities in the first layer can be reduced.
(6) The first mask has the first opening in a grid pattern, the second mask has the second opening in a grid pattern overlapping the first opening, and the second mask is attached. In the step of etching the semiconductor layer using the semiconductor layer, a plurality of mesas may be formed in a region of the semiconductor layer surrounded by the third opening.
(7) The width of the second opening may be 10 times or more the width of the first opening, and the width of the fourth opening may be 10 times or more the width of the third opening. As a result, etching with a microloading effect is performed.
(8) The first layer may be an n-type superlattice layer, and the second layer may be a p-type superlattice layer. The second electrode connected to the first layer has an n-type conductive type, and the first electrode connected to the first layer has a p-type conductive type.
(9) A step of forming an insulating film covering the upper surface and the side surface of the mesa and the terrace, respectively, and a fifth opening located on the mesa, the n-type contact region, and the groove in the insulating film. It has a step of forming a sixth opening located above, the first electrode is in contact with the third layer exposed from the fifth opening, and the second electrode is the sixth. It may come into contact with the first layer exposed from the opening. The insulating film insulates the second electrode from the light absorbing layer and the second layer. Further, the compound semiconductor layer can be protected by the insulating film.
(10) A semiconductor substrate formed of a compound semiconductor, a first conductive type first layer, a light absorption layer, a second conductive type second layer, and the second conductive type, which are sequentially laminated on the semiconductor substrate. A semiconductor layer including the conductive type third layer of the above, and having a mesa, a terrace, an n-type contact region and a groove formed from the central side to the outer peripheral side of the semiconductor substrate, and the third layer provided on the mesa. A first electrode electrically connected to the layer and a second electrode provided from above the terrace to the inside of the groove and in contact with and electrically connected to the first layer in the n-type contact region. The mesa and the terrace include the first layer, the light absorbing layer, the second layer and the third layer, and the n-type contact region is a light receiving light formed by the first layer. It is an element. As a result, the second electrode and the first layer can be electrically connected in the n-type contact region. Further, since the second electrode does not have to be provided between the mesas, the pitch between the mesas can be reduced.

[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る受光素子およびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of Embodiments of the present invention]
Specific examples of the light receiving element and the method for manufacturing the light receiving element according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

(第1実施形態)
図1(a)は第1実施形態に係る受光素子100を例示する平面図である。図1(b)は図1(a)の線A−Aに沿った断面図である。図中の黒点は複数のメサ13などが設けられていることを示す。
(First Embodiment)
FIG. 1A is a plan view illustrating the light receiving element 100 according to the first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1A. Black dots in the figure indicate that a plurality of mesas 13 and the like are provided.

(受光素子100)
図1(a)に示すように受光素子100は矩形のチップであり、一辺は例えば5mm以上、20mm以下である。図1(b)に示すように、受光素子100は、半導体基板10と半導体層11とを備える。半導体基板10は、例えば厚さ300μm以上、700μm以下のn型ガリウムアンチモン(GaSb)により形成されている。半導体層11は、半導体基板10に近い方から順に、n型半導体層12(第1層)、光吸収層14、p型半導体層16(第2層)、およびp型コンタクト層18(第3層)を積層したものである。n型半導体層12と半導体基板10との間に例えばGaSbからなるバッファ層を設けてもよい。半導体基板10の下面(半導体層11とは反対側の面)には反射防止膜21が設けられている。
(Light receiving element 100)
As shown in FIG. 1A, the light receiving element 100 is a rectangular chip, and one side is, for example, 5 mm or more and 20 mm or less. As shown in FIG. 1B, the light receiving element 100 includes a semiconductor substrate 10 and a semiconductor layer 11. The semiconductor substrate 10 is formed of, for example, n-type gallium antimonide (GaSb) having a thickness of 300 μm or more and 700 μm or less. The semiconductor layer 11 includes an n-type semiconductor layer 12 (first layer), a light absorption layer 14, a p-type semiconductor layer 16 (second layer), and a p-type contact layer 18 (third layer) in order from the one closest to the semiconductor substrate 10. Layers) are laminated. A buffer layer made of, for example, GaSb may be provided between the n-type semiconductor layer 12 and the semiconductor substrate 10. An antireflection film 21 is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10 (the surface opposite to the semiconductor layer 11).

n型半導体層12は、例えばGaSb層とインジウム砒素層とを積層し、シリコン(Si)をドープしたn型GaSb/InAs超格子構造を有する。厚さは例えば1〜5μmであり、ドーピング濃度は例えば2×1018cm−3である。光吸収層14は、例えばノンドープGaSb/InAs超格子構造を有し、厚さは例えば1〜4μmである。p型半導体層16は、例えばベリリウム(Be)をドープしたp型GaSb/InAs超格子構造を有する。厚さは例えば0.2〜0.8μmであり、ドーピング濃度は例えば2×1018cm−3である。超格子構造はタイプIIのバンド構造を有している。p型コンタクト層18は例えばp型GaSbで形成され、厚さは例えば0.05〜0.4μmである。 The n-type semiconductor layer 12 has, for example, an n-type GaSb / InAs superlattice structure in which a GaSb layer and an indium arsenide layer are laminated and doped with silicon (Si). The thickness is, for example, 1-5 μm and the doping concentration is, for example, 2 × 10 18 cm -3 . The light absorption layer 14 has, for example, a non-doped GaSb / InAs superlattice structure, and has a thickness of, for example, 1 to 4 μm. The p-type semiconductor layer 16 has, for example, a p-type GaSb / InAs superlattice structure doped with beryllium (Be). The thickness is, for example, 0.2 to 0.8 μm, and the doping concentration is, for example, 2 × 10 18 cm -3 . The superlattice structure has a type II band structure. The p-type contact layer 18 is formed of, for example, p-type GaSb, and has a thickness of, for example, 0.05 to 0.4 μm.

n型半導体層12、p型半導体層16およびp型コンタクト層18は赤外光に対して高い透過率(例えば90%以上)を有し、赤外光を透過させる。光吸収層14は、例えば波長3〜15μmなどの赤外光を受光する。すなわち、赤外光を例えば半導体基板10側から入射すると、受光素子100の光吸収層14において光電変換され、光吸収層14はフォトキャリア(電子および正孔)を発生させる。すなわち受光素子100はフォトダイオードとして機能する。受光素子100と接続された読み取り回路などにはフォトキャリアに起因した電流が流れ、電流に基づいて例えば画像情報を生成する。 The n-type semiconductor layer 12, the p-type semiconductor layer 16, and the p-type contact layer 18 have a high transmittance (for example, 90% or more) with respect to infrared light, and transmit infrared light. The light absorption layer 14 receives infrared light having a wavelength of, for example, 3 to 15 μm. That is, when infrared light is incident on the semiconductor substrate 10 side, for example, it is photoelectrically converted in the light absorption layer 14 of the light receiving element 100, and the light absorption layer 14 generates photocarriers (electrons and holes). That is, the light receiving element 100 functions as a photodiode. A current due to the photocarrier flows through a reading circuit or the like connected to the light receiving element 100, and for example, image information is generated based on the current.

受光素子100の半導体基板10の中央側から外周側にかけて、メサ13、テラス15および19、溝17が形成されている。複数のメサ13は、受光素子100の中央部に2次元アレイ状に設けられている。メサ13、テラス15および19はn型半導体層12、光吸収層14、p型半導体層16およびp型コンタクト層18を含む。各メサ13がフォトダイオードとして機能する。溝17はn型半導体層12に達している。メサ13の高さはテラス15の高さと等しい。メサ13間はn型半導体層12に達する溝で分離され、かつn型半導体層12により電気的に接続される。メサ13の設けられた領域を囲むようにテラス15が設けられている。テラス15よりも外周側には、テラス15を囲む溝17が設けられ、溝17はさらに外周側のテラス19に囲まれる。 A mesa 13, terraces 15 and 19, and a groove 17 are formed from the central side to the outer peripheral side of the semiconductor substrate 10 of the light receiving element 100. The plurality of mesas 13 are provided in a two-dimensional array in the central portion of the light receiving element 100. The mesas 13, terraces 15 and 19 include an n-type semiconductor layer 12, a light absorption layer 14, a p-type semiconductor layer 16 and a p-type contact layer 18. Each mesa 13 functions as a photodiode. The groove 17 reaches the n-type semiconductor layer 12. The height of the mesa 13 is equal to the height of the terrace 15. The mesas 13 are separated by a groove reaching the n-type semiconductor layer 12, and are electrically connected by the n-type semiconductor layer 12. A terrace 15 is provided so as to surround the area where the mesa 13 is provided. A groove 17 surrounding the terrace 15 is provided on the outer peripheral side of the terrace 15, and the groove 17 is further surrounded by the terrace 19 on the outer peripheral side.

テラス15と溝17との間にn型コンタクト領域12aが設けられ、溝17とテラス19との間にn型コンタクト領域12bが設けられている。図1(a)に示すように、n型コンタクト領域12aはテラス15を囲み、n型コンタクト領域12bは溝17を囲む。図1(b)に示すように、n型コンタクト領域12aおよび12bは台地状の領域であり、n型半導体層12で形成され、電極24と接触する。溝17はn型コンタクト領域12aおよび12bに挟まれている。 An n-type contact region 12a is provided between the terrace 15 and the groove 17, and an n-type contact region 12b is provided between the groove 17 and the terrace 19. As shown in FIG. 1A, the n-type contact region 12a surrounds the terrace 15, and the n-type contact region 12b surrounds the groove 17. As shown in FIG. 1 (b), the n-type contact regions 12a and 12b are plateau-like regions, which are formed of the n-type semiconductor layer 12 and come into contact with the electrode 24. The groove 17 is sandwiched between n-type contact regions 12a and 12b.

図1(a)および図1(b)に示すメサ13のピッチ(隣り合うメサ13間の距離)P1は例えば0.5〜3μmである。テラス15の幅W1は例えば50〜100μm、溝17の幅W2は例えば20〜290μm、テラス19の幅W3は例えば55〜300μmである。テラス15の幅W1はメサ13の幅よりも大きく、例えばメサ13の幅の2倍以上である。図1(b)に示すn型コンタクト領域12aの幅W4は例えば3〜30μm、n型コンタクト領域12bの幅W5は例えば0〜30μmである。つまりn型コンタクト領域12bは設けられなくてもよい。 The pitch (distance between adjacent mesas 13) P1 of the mesas 13 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is, for example, 0.5 to 3 μm. The width W1 of the terrace 15 is, for example, 50 to 100 μm, the width W2 of the groove 17 is, for example, 20 to 290 μm, and the width W3 of the terrace 19 is, for example, 55 to 300 μm. The width W1 of the terrace 15 is larger than the width of the mesa 13, for example, twice or more the width of the mesa 13. The width W4 of the n-type contact region 12a shown in FIG. 1B is, for example, 3 to 30 μm, and the width W5 of the n-type contact region 12b is, for example, 0 to 30 μm. That is, the n-type contact region 12b does not have to be provided.

図1(b)に示すように、メサ13、テラス15および19の表面(上面および側面)は、絶縁膜20により覆われている。絶縁膜20は、例えば厚さ100〜400nmの酸化シリコン(SiO)または窒化シリコン(SiN)などの絶縁体により形成されている。絶縁膜20は、メサ13の上に開口部20a(第5開口部)を有し、テラス15および19間に開口部20b(第6開口部)を有する。開口部20aからはp型コンタクト層18が露出し、開口部20bからはn型半導体層12および半導体基板10が露出する。n型コンタクト領域12aおよび12b、溝17は開口部20bの内側に位置する。 As shown in FIG. 1 (b), the surfaces (top and side surfaces) of the mesas 13, terraces 15 and 19 are covered with the insulating film 20. The insulating film 20 is formed of, for example, an insulator having a thickness of 100 to 400 nm, such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN). The insulating film 20 has an opening 20a (fifth opening) on the mesa 13 and an opening 20b (sixth opening) between the terraces 15 and 19. The p-type contact layer 18 is exposed from the opening 20a, and the n-type semiconductor layer 12 and the semiconductor substrate 10 are exposed from the opening 20b. The n-type contact regions 12a and 12b and the groove 17 are located inside the opening 20b.

電極22はメサ13の上に設けられ、開口部20aから露出するp型コンタクト層18に接触する。電極24は、テラス15の上から溝17の内側、およびテラス19の上にかけて設けられ、n型コンタクト領域12aおよび12bにおいてn型半導体層12に接触し、溝17の内側において半導体基板10に接触する。p型半導体層16、p型コンタクト層18および電極22は互いに電気的に接続されている。p型半導体層16およびp型コンタクト層18はp型半導体層であり、電極22はp型電極として機能する。n型半導体層12と電極24とは、n型コンタクト領域12aおよび12bにおいて電気的に接続されている。n型半導体層12はp型半導体層16などとは異なる導電型を有し、n型半導体層である。電極24はn型電極として機能し、基準電位(例えばグランド電位)を有する。電極22および24は、例えば下から順に積層したチタン(Ti)、白金(Pt)および金(Au)で形成されている。電極22および24の上に、例えばインジウム(In)などで形成されたバンプが設けられてもよい。バンプは、受光素子100と読み出し回路との電気的な接続に用いられる。 The electrode 22 is provided on the mesa 13 and comes into contact with the p-type contact layer 18 exposed from the opening 20a. The electrodes 24 are provided from the top of the terrace 15 to the inside of the groove 17 and the top of the terrace 19, contact the n-type semiconductor layer 12 in the n-type contact regions 12a and 12b, and contact the semiconductor substrate 10 inside the groove 17. To do. The p-type semiconductor layer 16, the p-type contact layer 18, and the electrode 22 are electrically connected to each other. The p-type semiconductor layer 16 and the p-type contact layer 18 are p-type semiconductor layers, and the electrode 22 functions as a p-type electrode. The n-type semiconductor layer 12 and the electrode 24 are electrically connected in the n-type contact regions 12a and 12b. The n-type semiconductor layer 12 has a conductive type different from that of the p-type semiconductor layer 16 and the like, and is an n-type semiconductor layer. The electrode 24 functions as an n-type electrode and has a reference potential (for example, a ground potential). The electrodes 22 and 24 are made of, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) laminated in order from the bottom. Bumps formed of, for example, indium (In) may be provided on the electrodes 22 and 24. The bump is used for electrical connection between the light receiving element 100 and the readout circuit.

(受光素子100の製造方法)
図2(a)および図2(b)、図4(a)から図4(c)、図6(a)から図6(c)は受光素子100の製造方法を例示する断面図である。図3(a)は受光素子100の製造方法を例示する平面図であり、図3(b)は図3(a)の線A−Aに沿った断面図である。図5(a)は受光素子100の製造方法を例示する平面図であり、図5(b)は図5(a)の線A−Aに沿った断面図である。
(Manufacturing method of light receiving element 100)
2 (a) and 2 (b), FIGS. 4 (a) to 4 (c), and 6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the light receiving element 100. FIG. 3A is a plan view illustrating a method for manufacturing the light receiving element 100, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A. FIG. 5A is a plan view illustrating a method for manufacturing the light receiving element 100, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5A.

図2(a)に示すように、ウェハ状態の半導体基板10の上に、n型半導体層12、光吸収層14、p型半導体層16およびp型コンタクト層18を順にエピタキシャル成長する。n型半導体層12の成長に先立ち、バッファ層を半導体基板10の上に成長してもよい。成長には、例えば有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法または分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法などを用いることができる。p型コンタクト層18の上面に、例えば厚さ0.5〜2μmのSiNまたはSiOなどの絶縁体で形成された絶縁体膜マスク層40(第1マスク)を設ける。絶縁体膜マスク層40の上に厚さ1〜3μmのフォトレジストを塗布し、レジストパターニングを行うことで、レジストマスク42(第1レジストマスク)を形成する。レジストマスク42には開口部42aおよび42bが形成され、絶縁体膜マスク層40は開口部42aおよび42bから露出する。 As shown in FIG. 2A, an n-type semiconductor layer 12, a light absorption layer 14, a p-type semiconductor layer 16 and a p-type contact layer 18 are epitaxially grown on a wafer-state semiconductor substrate 10 in this order. Prior to the growth of the n-type semiconductor layer 12, the buffer layer may be grown on the semiconductor substrate 10. For growth, for example, an organic metal vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method can be used. An insulator film mask layer 40 (first mask) formed of an insulator such as SiN or SiO 2 having a thickness of 0.5 to 2 μm is provided on the upper surface of the p-type contact layer 18. A resist mask 42 (first resist mask) is formed by applying a photoresist having a thickness of 1 to 3 μm on the insulator film mask layer 40 and performing resist patterning. The resist mask 42 is formed with openings 42a and 42b, and the insulator film mask layer 40 is exposed from the openings 42a and 42b.

図2(b)に示すように、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより絶縁体膜マスク層40を成型する。レジストマスク42の開口部42aおよび42bから露出する絶縁体膜マスク層40が除去され、絶縁体膜マスク層40の中央側に開口部40a(第1開口部)が形成され、外周側には中央部を囲むような開口部40b(第2開口部)が形成される。開口部40aおよび40bからはp型コンタクト層18が露出する。 As shown in FIG. 2B, the insulator film mask layer 40 is molded by, for example, dry etching using a fluorine-based gas. The insulator film mask layer 40 exposed from the openings 42a and 42b of the resist mask 42 is removed, an opening 40a (first opening) is formed on the center side of the insulator film mask layer 40, and the center on the outer peripheral side. An opening 40b (second opening) is formed so as to surround the portion. The p-type contact layer 18 is exposed from the openings 40a and 40b.

図3(a)に示すように、開口部40bは開口部40aから離間している。開口部40aは例えば格子状であり、開口部40bは開口部40aを囲むリング状の開口部である。図3(a)および図3(b)に示すように、レジストマスク42を除去した後、例えばハロゲン系ガスを用いたドライエッチングを行う。図3(a)に斜線で示した領域がエッチングされる部分である。半導体層11のうち、開口部40aまたは40bから露出する部分がエッチングされ、溝41および43が形成される。開口部40aおよび溝41の幅W6は、例えば図1(a)および図1(b)に示したピッチP1と等しく、0.5〜3μmである。開口部40bおよび溝43の幅W7は、例えば図1(a)および図1(b)に示した溝17の幅W2と等しく、例えば20〜290μmである。このとき、幅の小さい開口部40a内よりも、幅の大きい開口部40b内においてエッチングが大きく進行する(マイクロローディング効果)。エッチング時間は、開口部の幅、半導体層11の材料、および所望のエッチングの深さなどに応じて定める。 As shown in FIG. 3A, the opening 40b is separated from the opening 40a. The opening 40a is, for example, a grid, and the opening 40b is a ring-shaped opening surrounding the opening 40a. As shown in FIGS. 3A and 3B, after removing the resist mask 42, dry etching using, for example, a halogen-based gas is performed. The shaded area in FIG. 3A is the portion to be etched. The portion of the semiconductor layer 11 exposed from the openings 40a or 40b is etched to form grooves 41 and 43. The width W6 of the opening 40a and the groove 41 is, for example, equal to the pitch P1 shown in FIGS. 1A and 1B, and is 0.5 to 3 μm. The width W7 of the opening 40b and the groove 43 is equal to, for example, the width W2 of the groove 17 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and is, for example, 20 to 290 μm. At this time, the etching proceeds more greatly in the opening 40b having a wider width than in the opening 40a having a smaller width (microloading effect). The etching time is determined according to the width of the opening, the material of the semiconductor layer 11, the desired etching depth, and the like.

図4(a)に示すように、絶縁体膜マスク層40の上にフォトレジストを塗布し、レジストパターニングを行うことでレジストマスク44(第2レジストマスク)を形成する。レジストマスク44は、半導体層11の溝41を覆い、開口部44aを有する。レジストマスク44の開口部44aは半導体層11の溝43および絶縁体膜マスク層40の開口部40bよりも大きく、開口部44aの内側に溝43および開口部40bが位置する。絶縁体膜マスク層40のうち、開口部40aに隣接する領域40cおよび40dは開口部44aから露出する。領域40cは溝43と溝41との間に位置し、領域40dは溝43よりも外周側に位置する。領域40cの幅は例えば10〜50μmであり、領域40dの幅は例えば0〜50μmである。つまり領域40dはなくてもよい。 As shown in FIG. 4A, a photoresist is applied on the insulator film mask layer 40 and resist patterning is performed to form a resist mask 44 (second resist mask). The resist mask 44 covers the groove 41 of the semiconductor layer 11 and has an opening 44a. The opening 44a of the resist mask 44 is larger than the groove 43 of the semiconductor layer 11 and the opening 40b of the insulator film mask layer 40, and the groove 43 and the opening 40b are located inside the opening 44a. In the insulator film mask layer 40, the regions 40c and 40d adjacent to the opening 40a are exposed from the opening 44a. The region 40c is located between the groove 43 and the groove 41, and the region 40d is located on the outer peripheral side of the groove 43. The width of the region 40c is, for example, 10 to 50 μm, and the width of the region 40d is, for example, 0 to 50 μm. That is, the region 40d may not be present.

図4(b)に示すように、レジストマスク44をマスクとし、例えばフッ酸などを用いたウェットエッチングにより、絶縁体膜マスク層40の領域40cおよび40dを除去する。これにより、絶縁体膜マスク層40(第2マスク)には、開口部40bと重なる位置に、開口部40bよりも大きな開口部40e(第4開口部)が形成される。開口部40aは残存する(第3開口部)。図4(c)に示すように、レジストマスク44を除去し、絶縁体膜マスク層40は残存させる。 As shown in FIG. 4B, the resist mask 44 is used as a mask, and the regions 40c and 40d of the insulator film mask layer 40 are removed by wet etching using, for example, hydrofluoric acid. As a result, the insulator film mask layer 40 (second mask) is formed with an opening 40e (fourth opening) larger than the opening 40b at a position overlapping the opening 40b. The opening 40a remains (third opening). As shown in FIG. 4C, the resist mask 44 is removed and the insulator film mask layer 40 remains.

図5(a)および図5(b)に示すように、絶縁体膜マスク層40および例えばハロゲン系ガスを用い、半導体層11をドライエッチングする。図5(a)の斜線の領域がエッチングされる部分である。エッチング時間は、開口部の幅、半導体層11の材料、および所望のエッチングの深さなどに応じて定める。マイクロローディング効果により、絶縁体膜マスク層40の開口部40a内よりも、開口部40e内においてエッチングは大きく進行する。開口部40a内では、図3(b)に示した溝41がさらにエッチングされ、n型半導体層12に到達する溝が形成される。開口部40e内では、溝43がさらにエッチングされ、半導体基板10まで到達する溝17が形成される。半導体層11のうち、格子状の開口部40aに囲まれた領域にメサ13が形成され、開口部40aと開口部40eとに挟まれた領域にテラス15が形成される。すなわち、図5(a)に示すように、2次元アレイ状に並ぶ複数のメサ13が形成され、その外側にリング状の溝17およびテラス15が形成される。半導体層11のうち溝17の両側の部分はn型半導体層12までエッチングされ、n型コンタクト領域12aおよび12bが形成される。開口部40eよりも外周側にはテラス19が形成される。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the semiconductor layer 11 is dry-etched using the insulator film mask layer 40 and, for example, a halogen-based gas. The shaded area of FIG. 5A is the portion to be etched. The etching time is determined according to the width of the opening, the material of the semiconductor layer 11, the desired etching depth, and the like. Due to the microloading effect, etching proceeds more greatly in the opening 40e than in the opening 40a of the insulator film mask layer 40. In the opening 40a, the groove 41 shown in FIG. 3B is further etched to form a groove reaching the n-type semiconductor layer 12. In the opening 40e, the groove 43 is further etched to form a groove 17 that reaches the semiconductor substrate 10. A mesa 13 is formed in a region of the semiconductor layer 11 surrounded by a grid-like opening 40a, and a terrace 15 is formed in a region sandwiched between the opening 40a and the opening 40e. That is, as shown in FIG. 5A, a plurality of mesas 13 arranged in a two-dimensional array are formed, and a ring-shaped groove 17 and a terrace 15 are formed on the outside thereof. The portions of both sides of the groove 17 of the semiconductor layer 11 are etched up to the n-type semiconductor layer 12, and the n-type contact regions 12a and 12b are formed. A terrace 19 is formed on the outer peripheral side of the opening 40e.

図6(a)に示すように、絶縁体膜マスク層40を除去した後、例えば化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により絶縁膜20を形成する。絶縁膜20はメサ13、テラス15および19の表面、溝17の底面を覆う。図6(b)に示すように、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチング、またはバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングなどにより、絶縁膜20をエッチングし、開口部20aおよび20bを形成する。溝17、n型コンタクト領域12aおよび12bは開口部20bの内側に位置する。 As shown in FIG. 6A, after removing the insulating film mask layer 40, the insulating film 20 is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method. The insulating film 20 covers the surfaces of the mesas 13, the terraces 15 and 19, and the bottom surface of the groove 17. As shown in FIG. 6B, the insulating film 20 is etched to form the openings 20a and 20b by, for example, dry etching using a fluorine-based gas or wet etching using buffered hydrofluoric acid. The grooves 17, the n-shaped contact regions 12a and 12b are located inside the opening 20b.

図6(c)に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法により、電極22および24を設ける。電極22は開口部20aから露出するp型コンタクト層18に接触する。テラス15の上から、n型コンタクト領域12aの表面、溝17の内側、さらにn型コンタクト領域12bの上にかけて電極24を設ける。電極24はn型コンタクト領域12aおよび12bにおいてn型半導体層12に接触し、溝17内において半導体基板10に接触する。半導体基板10の下面に反射防止膜21を形成し、ウェハをダイシングすることで受光素子100を形成する。なお、例えば電極22および24の上にバンプを設けてもよい。 As shown in FIG. 6 (c), the electrodes 22 and 24 are provided, for example, by a vapor deposition method and a lift-off method. The electrode 22 comes into contact with the p-type contact layer 18 exposed from the opening 20a. The electrode 24 is provided from the top of the terrace 15 to the surface of the n-type contact region 12a, the inside of the groove 17, and further over the n-type contact region 12b. The electrode 24 contacts the n-type semiconductor layer 12 in the n-type contact regions 12a and 12b, and contacts the semiconductor substrate 10 in the groove 17. An antireflection film 21 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10, and the light receiving element 100 is formed by dicing the wafer. In addition, for example, bumps may be provided on the electrodes 22 and 24.

(比較例1)
図7(a)は比較例1に係る受光素子100Rを例示する断面図である。第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。図7(a)に示すメサ13間のピッチP2は、図1(b)に示したピッチP1より大きい。このため、メサ13間に電極24を設けることができる。しかし、ピッチP2が大きいため受光素子100Rに形成できるメサ13の数が受光素子100よりも少なく、例えば赤外線センサとして用いた際の画素数が小さくなる。画素数を多くするためにはメサ13を多く設ければよいが、受光素子100Rが大型化してしまう。
(Comparative Example 1)
FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating the light receiving element 100R according to Comparative Example 1. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted. The pitch P2 between the mesas 13 shown in FIG. 7 (a) is larger than the pitch P1 shown in FIG. 1 (b). Therefore, the electrode 24 can be provided between the mesas 13. However, since the pitch P2 is large, the number of mesas 13 that can be formed on the light receiving element 100R is smaller than that of the light receiving element 100, and the number of pixels when used as an infrared sensor is small, for example. In order to increase the number of pixels, a large number of mesas 13 may be provided, but the light receiving element 100R becomes large.

(比較例2)
図7(b)は比較例2に係る受光素子200Rを例示する断面図である。第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。メサ13間のピッチは比較例1のP2よりも小さいP1である。このためメサ13を多く設けることができるが、メサ13間に電極24を設けることは困難である。このため、メサ13よりも半導体基板10の外周側に位置する溝17aに電極24を設ければよい。
(Comparative Example 2)
FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the light receiving element 200R according to Comparative Example 2. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted. The pitch between the mesas 13 is P1 which is smaller than P2 of Comparative Example 1. Therefore, many mesas 13 can be provided, but it is difficult to provide electrodes 24 between the mesas 13. Therefore, the electrode 24 may be provided in the groove 17a located on the outer peripheral side of the semiconductor substrate 10 with respect to the mesa 13.

比較例2においては、メサ13、テラス15および19、溝17aを、一回のエッチングで形成する。すなわち、溝17aは、メサ13間の溝と同時に形成される。しかし、マイクロローディング効果により、幅の小さいメサ13間よりも、幅の大きいテラス15〜19間の領域において、エッチングの進行度が大きくなり、エッチングがn型半導体層12で停止しない。この結果、図7(b)に破線で示すように、半導体基板10まで達する溝17bが形成されてしまう。この場合、n型半導体層12と電極24とを電気的に接続することが困難である。n型半導体層12を厚くすることで、n型半導体層12を底面に持つ溝17aを形成できる。しかしn型半導体層12の結晶欠陥が発生し、暗電流が増加する恐れがある。 In Comparative Example 2, the mesa 13, the terraces 15 and 19, and the groove 17a are formed by a single etching. That is, the groove 17a is formed at the same time as the groove between the mesas 13. However, due to the microloading effect, the progress of etching becomes higher in the region between the terraces 15 to 19 having a wider width than between the mesas 13 having a smaller width, and the etching does not stop at the n-type semiconductor layer 12. As a result, as shown by the broken line in FIG. 7B, the groove 17b reaching to the semiconductor substrate 10 is formed. In this case, it is difficult to electrically connect the n-type semiconductor layer 12 and the electrode 24. By thickening the n-type semiconductor layer 12, a groove 17a having the n-type semiconductor layer 12 on the bottom surface can be formed. However, crystal defects of the n-type semiconductor layer 12 may occur and the dark current may increase.

(比較例3)
図7(c)は比較例3に係る受光素子の製造方法を例示する断面図である。図7(c)に示すように、絶縁体膜マスク層40を成型するために、レジストマスク42を用いる。比較例3におけるレジストマスク42は開口部42aを有するが、開口部42bは有さない。レジストマスク42を用いたエッチングにより絶縁体膜マスク層40を成形し、絶縁体膜マスク層40を用いたエッチングによりメサ13を形成する。その後、メサ13を覆うマスクを用いたエッチングにより、テラスおよび溝などを形成する。しかしレジストマスク42の面積が大きいため、エッチングの際にレジストマスク42から変質層が発生する恐れがある。変質層により、エッチングが阻害され、またエッチング後のレジストマスクの除去が困難になる。
(Comparative Example 3)
FIG. 7C is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the light receiving element according to Comparative Example 3. As shown in FIG. 7C, a resist mask 42 is used to mold the insulator film mask layer 40. The resist mask 42 in Comparative Example 3 has an opening 42a, but does not have an opening 42b. The insulator film mask layer 40 is formed by etching using the resist mask 42, and the mesa 13 is formed by etching using the insulator film mask layer 40. After that, a terrace, a groove, and the like are formed by etching with a mask covering the mesa 13. However, since the area of the resist mask 42 is large, an altered layer may be generated from the resist mask 42 during etching. The altered layer inhibits etching and makes it difficult to remove the resist mask after etching.

これに対し、本実施形態によれば、図3(a)および図3(b)に示すように開口部40aおよび40bを有する絶縁体膜マスク層40を用いて半導体層11をエッチングし、さらに図5(a)および図5(b)に示すように開口部40aおよび40eを有するマスクを用いて半導体層11をエッチングする。開口部40aは開口部40bおよび40eとは離間している。また、開口部40bおよび40eの幅は開口部40aよりも大きい。このため、エッチングは開口部40a内よりも開口部40bおよび40e内で大きく進行する。これにより、メサ13、テラス15および19を形成し、かつ開口部40e内に溝17、n型コンタクト領域12aおよび12bを形成する。図6(c)に示すように、電極24はn型コンタクト領域12aおよび12bの上に形成され、n型半導体層12に接触する。 On the other hand, according to the present embodiment, the semiconductor layer 11 is further etched by using the insulator film mask layer 40 having the openings 40a and 40b as shown in FIGS. 3A and 3B. As shown in FIGS. 5A and 5B, the semiconductor layer 11 is etched using a mask having openings 40a and 40e. The opening 40a is separated from the openings 40b and 40e. Further, the widths of the openings 40b and 40e are larger than those of the openings 40a. Therefore, the etching proceeds more in the openings 40b and 40e than in the openings 40a. As a result, mesas 13, terraces 15 and 19 are formed, and grooves 17, n-type contact regions 12a and 12b are formed in the opening 40e. As shown in FIG. 6C, the electrodes 24 are formed on the n-type contact regions 12a and 12b and come into contact with the n-type semiconductor layer 12.

すなわち、エッチングを二回行うことで、メサ13よりも受光素子100の外周側にn型コンタクト領域12aおよび12bを形成し、n型コンタクト領域12aおよび12bにおいて電極24とn型半導体層12とを電気的に接続することができる。電極24が光吸収層14の近くに位置するため、暗電流を低減することができる。メサ13間に電極を設けなくてよいため、図1(a)および図1(b)に示すようにメサ13間のピッチP1を小さくすることができる。多数のメサ13を形成することで、受光素子100の高画素化などが可能となる。 That is, by performing etching twice, n-type contact regions 12a and 12b are formed on the outer peripheral side of the light receiving element 100 with respect to the mesa 13, and the electrodes 24 and the n-type semiconductor layer 12 are formed in the n-type contact regions 12a and 12b. Can be electrically connected. Since the electrode 24 is located near the light absorption layer 14, the dark current can be reduced. Since it is not necessary to provide electrodes between the mesas 13, the pitch P1 between the mesas 13 can be reduced as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). By forming a large number of mesas 13, it is possible to increase the number of pixels of the light receiving element 100.

半導体層11のうち、一回目のエッチングの際に絶縁体膜マスク層40に覆われ、かつ二回目のエッチングの際に開口部40eから露出する領域が、二回目のエッチング後にn型コンタクト領域12aおよび12bになる。このようにエッチングの範囲を調整することでn型コンタクト領域12aおよび12bを形成できるため、工程が簡略化される。また、二回のエッチングにより、メサ13、溝17、テラス15および19、n型コンタクト領域12aおよび12bが形成されるため、工程が簡略化される。 Of the semiconductor layer 11, the region covered by the insulator film mask layer 40 during the first etching and exposed from the opening 40e during the second etching is the n-type contact region 12a after the second etching. And 12b. By adjusting the etching range in this way, the n-type contact regions 12a and 12b can be formed, so that the process is simplified. Further, the process is simplified because the mesas 13, the grooves 17, the terraces 15 and 19, and the n-type contact regions 12a and 12b are formed by the two etchings.

図4(a)および図4(b)に示すように、絶縁体膜マスク層40の開口部40bに隣接する部分を除去することにより、開口部40eを形成する。言い換えれば、開口部40bを大きくすることで開口部40eを形成する。これにより工程が簡略化される。例えば、一回目のエッチングの後に絶縁体膜マスク層40を除去し、溝43を含む幅広の開口部を有する別のマスクを設け、そのマスクを用いて二回目のエッチングを行ってもよい。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the opening 40e is formed by removing the portion of the insulator film mask layer 40 adjacent to the opening 40b. In other words, the opening 40e is formed by enlarging the opening 40b. This simplifies the process. For example, the insulator film mask layer 40 may be removed after the first etching, another mask having a wide opening including the groove 43 may be provided, and the second etching may be performed using the mask.

図2(a)に示すように絶縁体膜マスク層40を成型するためのレジストマスク42は開口部42bを有し、図4(a)に示すようにレジストマスク44は開口部44aを有する。こうしたレジストマスク42および44を用いて絶縁体膜マスク層40をエッチングすることで、絶縁体膜マスク層40に開口部40a、40bおよび40eを形成する。このため工程が簡略化される。また、レジストマスク42および44が幅広の開口部42bおよび44aを有する。このため、比較例3に比べて、レジストマスク42および44の面積が小さくなり、変質層の発生が抑制される。これにより変質層によるエッチングの阻害は発生しにくく、レジストマスク42および44の除去も効果的に行われる。 As shown in FIG. 2A, the resist mask 42 for molding the insulator film mask layer 40 has an opening 42b, and as shown in FIG. 4A, the resist mask 44 has an opening 44a. By etching the insulator film mask layer 40 with such resist masks 42 and 44, openings 40a, 40b and 40e are formed in the insulator film mask layer 40. Therefore, the process is simplified. Also, the resist masks 42 and 44 have wide openings 42b and 44a. Therefore, the areas of the resist masks 42 and 44 are smaller than those of Comparative Example 3, and the generation of the altered layer is suppressed. As a result, etching inhibition by the altered layer is unlikely to occur, and the resist masks 42 and 44 are effectively removed.

図1(b)に示すように、n型コンタクト領域12aは、テラス15と溝17との間に位置する。これにより、電極24と光吸収層14との距離を小さくすることができる。すなわち、光吸収層14と電極24との間に介在するn型半導体層12の体積が小さくなる。このため、例えばn型半導体層12の格子欠陥および不純物などに起因する暗電流を低減することができる。 As shown in FIG. 1 (b), the n-type contact region 12a is located between the terrace 15 and the groove 17. As a result, the distance between the electrode 24 and the light absorption layer 14 can be reduced. That is, the volume of the n-type semiconductor layer 12 interposed between the light absorption layer 14 and the electrode 24 becomes smaller. Therefore, for example, dark current caused by lattice defects and impurities in the n-type semiconductor layer 12 can be reduced.

図3(a)および図5(a)に示したように、絶縁体膜マスク層40の開口部40aは格子状である。図5(b)に示したように、エッチングにより、開口部40aに囲まれた部分にメサ13が形成される。複数のメサ13は2次元アレイ状に配置される。開口部40aの幅W6を小さくすることにより、メサ13間のピッチP1を小さくすることができる。多数のメサ13を形成することで、受光素子100の高画素化が可能となる。開口部40aは格子状でなく、例えば複数本の溝でもよい。半導体層11のうち開口部40aに挟まれた領域にメサ13が形成される。 As shown in FIGS. 3A and 5A, the openings 40a of the insulator film mask layer 40 are in a grid pattern. As shown in FIG. 5B, the mesa 13 is formed in the portion surrounded by the opening 40a by etching. The plurality of mesas 13 are arranged in a two-dimensional array. By reducing the width W6 of the opening 40a, the pitch P1 between the mesas 13 can be reduced. By forming a large number of mesas 13, it is possible to increase the number of pixels of the light receiving element 100. The opening 40a is not in a grid pattern, and may be, for example, a plurality of grooves. A mesa 13 is formed in a region of the semiconductor layer 11 sandwiched between the openings 40a.

図3(a)および図3(b)に示す開口部40bの幅W7は、開口部40aの幅W6の例えば10倍以上である。図5(a)および図5(b)に示す開口部40eの幅は開口部40aの幅の例えば10倍以上である。これによりマイクロローディング効果を伴うエッチングが行われる。すなわち、開口部40a内に比べ、開口部40bおよび40e内においてエッチングの進行度が大きくなる。この結果、溝17、n型コンタクト領域12aおよび12bを形成することができる。 The width W7 of the opening 40b shown in FIGS. 3A and 3B is, for example, 10 times or more the width W6 of the opening 40a. The width of the opening 40e shown in FIGS. 5A and 5B is, for example, 10 times or more the width of the opening 40a. As a result, etching with a microloading effect is performed. That is, the progress of etching is higher in the openings 40b and 40e than in the openings 40a. As a result, the grooves 17, the n-type contact regions 12a and 12b can be formed.

絶縁膜20は、メサ13およびテラス15それぞれの上面および側面を覆う。これにより半導体層11を異物および水分などから保護することができる。また、光吸収層14、p型半導体層16およびp型コンタクト層18と電極24との間に絶縁膜20が介在するため、これらは絶縁される。なお、エッチングは上から行うため、テラス15および19の側面を覆う絶縁膜20のうち一部のみを除去し、n型半導体層12の側面を露出させることは困難である。したがって、図6(b)に示すように、平坦なn型コンタクト領域12aおよび12bを設け、その上の絶縁膜20を除去して開口部20bを形成することが好ましい。絶縁膜20の開口部20aにおいて、電極22とp型コンタクト層18とが接触し、開口部20bにおいて電極24とn型半導体層12とが接触する。これにより電極22はp型電極、電極24はn型電極として機能する。 The insulating film 20 covers the upper surface and the side surface of the mesa 13 and the terrace 15, respectively. As a result, the semiconductor layer 11 can be protected from foreign matter, moisture and the like. Further, since the insulating film 20 is interposed between the light absorption layer 14, the p-type semiconductor layer 16, the p-type contact layer 18, and the electrode 24, they are insulated. Since the etching is performed from above, it is difficult to remove only a part of the insulating film 20 covering the side surfaces of the terraces 15 and 19 to expose the side surfaces of the n-type semiconductor layer 12. Therefore, as shown in FIG. 6B, it is preferable to provide flat n-type contact regions 12a and 12b and remove the insulating film 20 on the flat n-type contact regions 12a and 12b to form the opening 20b. The electrode 22 and the p-type contact layer 18 come into contact with each other at the opening 20a of the insulating film 20, and the electrode 24 and the n-type semiconductor layer 12 come into contact with each other at the opening 20b. As a result, the electrode 22 functions as a p-type electrode and the electrode 24 functions as an n-type electrode.

電極24はテラス15の上から、n型コンタクト領域12a、溝17およびn型コンタクト領域12bにかけて設けられ、これらの表面を覆う。このため電極24の接合強度が向上し、剥離および断線などが抑制される。電極24はn型コンタクト領域12aおよび12bの上面および側面に接触するため、接触抵抗が低下する。なお、n型コンタクト領域12aにおいて電極24とn型半導体層12とを接続することができるため、n型コンタクト領域12bは設けなくてもよい。 The electrode 24 is provided from above the terrace 15 to the n-type contact region 12a, the groove 17, and the n-type contact region 12b, and covers the surfaces thereof. Therefore, the bonding strength of the electrode 24 is improved, and peeling and disconnection are suppressed. Since the electrode 24 comes into contact with the upper surfaces and side surfaces of the n-type contact regions 12a and 12b, the contact resistance is reduced. Since the electrode 24 and the n-type semiconductor layer 12 can be connected in the n-type contact region 12a, the n-type contact region 12b does not have to be provided.

n型半導体層12、光吸収層14およびp型半導体層16は、それぞれ異なる半導体層を含む超格子構造を有する。例えば、n型半導体層12はGaSb/InAsのn型超格子層であり、p型半導体層16はGaSb/InAsのp型超格子層である。これらの層の格子欠陥および不純物などに起因して暗電流が発生する恐れがある。電極22をメサ13の上、電極24をn型コンタクト領域12aおよび12b上に設けることで、電極22および24と光吸収層14との距離が小さくなる。この結果、暗電流を抑制することができる。各層の材料を変更してもよい。例えば光吸収層14は、GaSb/InAsSb超格子層でもよい。また、超格子構造を有する半導体層11は、GaSbの半導体基板10と格子整合する。半導体基板10は他の化合物半導体で形成されてもよい。 The n-type semiconductor layer 12, the light absorption layer 14, and the p-type semiconductor layer 16 each have a superlattice structure including different semiconductor layers. For example, the n-type semiconductor layer 12 is a GaSb / InAs n-type superlattice layer, and the p-type semiconductor layer 16 is a GaSb / InAs p-type superlattice layer. Dark currents may be generated due to lattice defects and impurities in these layers. By providing the electrodes 22 on the mesa 13 and the electrodes 24 on the n-type contact regions 12a and 12b, the distance between the electrodes 22 and 24 and the light absorption layer 14 is reduced. As a result, the dark current can be suppressed. The material of each layer may be changed. For example, the light absorption layer 14 may be a GaSb / InAsSb superlattice layer. Further, the semiconductor layer 11 having a superlattice structure is lattice-matched with the semiconductor substrate 10 of GaSb. The semiconductor substrate 10 may be formed of another compound semiconductor.

n型半導体層12とp型半導体層16とは互いに異なる導電型を有していればよく、層のうち一方をn型、他方をp型とする。n型半導体層12、光吸収層14およびp型半導体層16は、GaSb/InAs超格子構造以外の化合物半導体など、他の半導体で形成されてもよい。光吸収層14は赤外光帯域とは異なる波長の光を吸収し、n型半導体層12およびp型半導体層16が当該波長の光に対して高い透過率(例えば90%以上)を有してもよい。半導体基板10はGaSbで形成されるとしたが、他の化合物半導体で形成されてもよい。 The n-type semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer 16 may have different conductive types, and one of the layers is n-type and the other is p-type. The n-type semiconductor layer 12, the light absorption layer 14, and the p-type semiconductor layer 16 may be formed of other semiconductors such as compound semiconductors other than the GaSb / InAs superlattice structure. The light absorption layer 14 absorbs light having a wavelength different from that in the infrared light band, and the n-type semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer 16 have high transmittance (for example, 90% or more) with respect to light of the wavelength. You may. Although the semiconductor substrate 10 is said to be formed of GaSb, it may be formed of another compound semiconductor.

10 半導体基板
11 半導体層
12 n型半導体層
12a、12b n型コンタクト領域
13 メサ
14 光吸収層
15、19 テラス
16 p型半導体層
17、17a、17b、41、43 溝
18 p型コンタクト層
20 絶縁膜
20a、20b、40a、40b、40e、44a 開口部
22、24 電極
40 絶縁体膜マスク層
40c、40d 領域
42、44 レジストマスク
100 受光素子
10 Semiconductor substrate 11 Semiconductor layer 12 n-type semiconductor layer 12a, 12b n-type contact area 13 Mesa 14 Light absorption layer 15, 19 Terrace 16 p-type semiconductor layer 17, 17a, 17b, 41, 43 Groove 18 p-type contact layer 20 Insulation Films 20a, 20b, 40a, 40b, 40e, 44a Openings 22, 24 Electrodes 40 Insulator film mask layer 40c, 40d Region 42, 44 Resist mask 100 Light receiving element

Claims (10)

化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含む半導体層を成長する工程と、
第1開口部、および前記第1開口部から離間し前記第1開口部よりも幅の大きい第2開口部を有する第1マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、
前記半導体層のうち、前記第2開口部内において前記第1開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第1マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、
前記第1開口部に重なる第3開口部と、前記第2開口部に重なりかつ前記第2開口部よりも幅の大きい第4開口部と、を有する第2マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、
前記半導体層のうち前記第3開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第4開口部内に第1層からなるn型コンタクト領域が形成されるように、前記第2マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、
前記メサの上に前記第3層と電気的に接続される第1電極を形成し、前記n型コンタクト領域の上に前記第1層と電気的に接続される第2電極を形成する工程と、を有し、
前記メサは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、
前記半導体層のうち、前記第1マスクに覆われ、かつ前記第2マスクの前記第4開口部から露出する領域が、前記第2マスクを用いたエッチングの後、前記n型コンタクト領域になる受光素子の製造方法。
A first conductive type first layer, a light absorption layer, a second conductive type second layer, and the second conductive type third layer, which are sequentially laminated on a semiconductor substrate formed of a compound semiconductor. And the process of growing the semiconductor layer including
A step of forming a first mask having a first opening and a second opening separated from the first opening and having a width larger than that of the first opening on the semiconductor layer.
A step of etching the semiconductor layer using the first mask so that etching proceeds more in the second opening than in the first opening of the semiconductor layer.
A second mask having a third opening that overlaps the first opening and a fourth opening that overlaps the second opening and is wider than the second opening is placed on the semiconductor layer. The process of forming and
The second mask is used so that a mesa is formed in the region of the semiconductor layer sandwiched between the third openings and an n-type contact region composed of the first layer is formed in the fourth opening. The step of etching the semiconductor layer and
A step of forming a first electrode electrically connected to the third layer on the mesa and forming a second electrode electrically connected to the first layer on the n-type contact region. Have,
The mesa includes the first layer, the light absorption layer, the second layer and the third layer.
Of the semiconductor layer, the region covered by the first mask and exposed from the fourth opening of the second mask becomes the n-type contact region after etching with the second mask. Method of manufacturing the element.
前記第2マスクを形成する工程において、前記第1マスクの前記第2開口部に隣接する部分を除去することにより、前記第1マスクから前記第2マスクを形成する請求項1に記載の受光素子の製造方法。 The light receiving element according to claim 1, wherein in the step of forming the second mask, a portion of the first mask adjacent to the second opening is removed to form the second mask from the first mask. Manufacturing method. 前記第1マスクを形成する工程は、第1フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第1マスクに前記第1開口部および前記第2開口部を形成する工程を含み、
前記第2マスクを形成する工程は、第2フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第1マスクの前記第2開口部に隣接する部分を除去することで前記第4開口部を形成する工程を含む、請求項1または2に記載の受光素子の製造方法。
The step of forming the first mask includes a step of forming the first opening and the second opening in the first mask by etching with the first photoresist.
The step of forming the second mask includes a step of forming the fourth opening by removing a portion of the first mask adjacent to the second opening by etching with a second photoresist. The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1 or 2.
前記第2マスクを用いてエッチングする工程において、前記半導体層の前記第1開口部および前記第3開口部に重なる領域は前記第1層までエッチングされ、前記半導体層の前記第3開口部と前記第4開口部とに挟まれた領域に、前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含むテラスが形成され、前記第2開口部および前記第4開口部に重なる位置に前記半導体基板に到達する溝が形成される請求項1から3のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。 In the step of etching using the second mask, the region overlapping the first opening and the third opening of the semiconductor layer is etched up to the first layer, and the third opening of the semiconductor layer and the third opening are described. A terrace including the first layer, the light absorbing layer, the second layer and the third layer is formed in the region sandwiched between the fourth opening and the second opening and the fourth opening. The method for manufacturing a light receiving element according to any one of claims 1 to 3, wherein a groove reaching the semiconductor substrate is formed at an overlapping position. 前記n型コンタクト領域は、前記テラスと前記溝との間に位置する請求項4に記載の受光素子の製造方法。 The method for manufacturing a light receiving element according to claim 4, wherein the n-type contact region is located between the terrace and the groove. 前記第1マスクは格子状の前記第1開口部を有し、
前記第2マスクは、前記第1開口部と重なる格子状の前記第3開口部を有し、
前記第2マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程において、前記半導体層のうち前記第3開口部に囲まれた領域に複数のメサが形成される請求項1から5のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
The first mask has the first opening in a grid pattern.
The second mask has the third opening in a grid pattern that overlaps with the first opening.
According to any one of claims 1 to 5, in the step of etching the semiconductor layer using the second mask, a plurality of mesas are formed in a region of the semiconductor layer surrounded by the third opening. The method for manufacturing a light receiving element according to the description.
前記第2開口部の幅は前記第1開口部の幅の10倍以上であり、
前記第4開口部の幅は前記第3開口部の幅の10倍以上であり、かつ前記第2開口部の幅よりも大きい請求項1から6のいずれか一項に受光素子の製造方法。
The width of the second opening is 10 times or more the width of the first opening.
The method for manufacturing a light receiving element according to any one of claims 1 to 6, wherein the width of the fourth opening is 10 times or more the width of the third opening and is larger than the width of the second opening.
前記第1層はn型超格子層であり、
前記第2層はp型超格子層である請求項1から7のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
The first layer is an n-type superlattice layer.
The method for manufacturing a light receiving element according to any one of claims 1 to 7, wherein the second layer is a p-type superlattice layer.
前記メサおよび前記テラスそれぞれの上面および側面を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記メサの上に位置する第5開口部と、前記n型コンタクト領域および前記溝の上に位置する第6開口部とを形成する工程と、を有し、
前記第1電極は、前記第5開口部から露出する前記第3層と接触し、
前記第2電極は、前記第6開口部から露出する前記第1層と接触する請求項に記載の受光素子の製造方法。
A step of forming an insulating film covering the upper surface and the side surface of the mesa and the terrace, respectively.
The insulating film has a step of forming a fifth opening located above the mesa, the n-type contact region, and a sixth opening located above the groove.
The first electrode comes into contact with the third layer exposed from the fifth opening, and is brought into contact with the third layer.
The method for manufacturing a light receiving element according to claim 4 , wherein the second electrode comes into contact with the first layer exposed from the sixth opening.
化合物半導体で形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に順に積層された第1の導電型の第1層、光吸収層、第2の導電型の第2層、および前記第2の導電型の第3層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、n型コンタクト領域および溝が、この順に形成された半導体層と、
前記メサの上に設けられ、前記第3層と電気的に接続された第1電極と、
前記テラスの上、前記n型コンタクト領域、および前記溝の内側に、連続的に設けられ、前記n型コンタクト領域において前記第1層と接触し、かつ電気的に接続された第2電極と、を具備し、
前記n型コンタクト領域は前記テラスと前記溝との間に位置し、
前記メサおよび前記テラスは前記第1層、前記光吸収層、前記第2層および前記第3層を含み、
前記n型コンタクト領域は前記第1層で形成されている受光素子。
A semiconductor substrate made of a compound semiconductor and
The semiconductor substrate includes a first conductive type first layer, a light absorption layer, a second conductive type second layer, and the second conductive type third layer which are sequentially laminated on the semiconductor substrate. A semiconductor layer in which mesas, terraces, n-type contact regions and grooves are formed in this order from the central side to the outer peripheral side of the semiconductor layer.
A first electrode provided on the mesa and electrically connected to the third layer,
A second electrode that is continuously provided on the terrace, inside the n-type contact region, and inside the groove, is in contact with the first layer in the n-type contact region, and is electrically connected to the first layer. Equipped with
The n-type contact region is located between the terrace and the groove.
The mesa and the terrace include the first layer, the light absorption layer, the second layer and the third layer.
The n-type contact region is a light receiving element formed of the first layer.
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